1. Giriş

Saglık kategorisine 12 Temmuz, 2007 tarihinde eklendi, 37 defa okundu

1. GİRİŞ

PMMA(Polimetilmetaakrilat) kemik çimentosunun başlıca kullanım alanı, kemik kırıklarının iyileştirilmesi amacıyla, kemik ile metal parça arasında dolgu maddesi olarak kullanımıdır. Ancak PMMA kemik çimentosunun hastaya uygulanmasından belirli bir süre geçtikten sonra çimentonun özelliğinden dolayı, çimento çekme davranışı gösterecektir ve çimento ile kemik yüzeyi arasında boşluk meydana gelecektir ve bu da hastanın tekrar tedavi olmasını gerektirecektir. Burada yapılan çalışmanın hedefi kemik çimentosunun göstermiş olduğu bu olumsuz davranışın giderilebilmesi amacını taşımaktadır, bu amaçla kemik çimentosunun içerisine farklı özelliklere sahip, farklı boy ve miktarlarda tekstil lifleri katılarak deneyler yapılmıştır. Deney aşamasına gelinceye kadar yapılan kaynak araştırmalarında, PMMA kemik çimentosunun özellikleri incelenmiş ve bu çimentolarla yapılmış çeşitli araştırmalara, testlere ve bunların sonuçlarına yer verilmiştir.

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI

2.1. KEMİK ÇİMENTOSU

Kemik çimentoları günümüzde çoğunlukla, bozunmayan özellikteki polimetilmetaakrilat (PMMA) ’lardan yapılmaktadır. Doktorlar dahili kemik kırıklarına lokal bir reaksiyon ile PMMA’yı ilave ederler. Polimetilmetaakrilat bir çok avantaja sahiptir. Monomer karışımının ilavesinde ve foto polimerizasyonunda daha az cerrahi müdahale tekniği gerektirmektedirler. PMMA’ nın mekanik özellikleri gerçek canlı ortamdaki yüklemelerdeki gerilmeleri yeterli düzeyde taşıyabilmektedir. Bunun yanında birkaç dezavantajı vardır; örneğin ekzotermik polimerizasyonunda sıcaklık artışının kontrolü zordur. Kemik çimento yüzeyindeki sıcaklığın 90°C’ ye ulaşması hücre ölümlerine yol açmaktadır. Ek olarak PMMA çimentoları sık sık kan akış hızının artmasına ve kaşıntıya neden olurlar.

Ticari kemik çimento formüllemesinde halen kullanılmakta olan polimetilmetaakrilatlar (PMMA) kendi kendine polimerleşen biçimsiz bir polimerdir [Michael ve ark, 1997].

2.1.1. PMMA Esaslı Biyoaktif Kemik Çimentolarının Biyolojik ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Weam (1999) ve çalışma arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, çimento implantlarının canlı ortamdaki ömrü ile çimentonun yüzey mekanik özelliklerinin birbiriyle ilgili olduğu farz edilmiştir. Yüksek kırık dayanıklılığı ve yüksek titreşim direncinin olması kemik çimentosunda fayda sağlayabilmiştir. PMMA kemik çimentosuna dolguların eklenmesinin mekanik özelliklerinin gelişiminde potansiyel bir metot olduğu düşünülmektedir.

Kemikle- PMMA kemik çimentosu arasındaki ara yüzey; protez- kemik çimentosu- kemik yapısı içinde zayıf bağlı bölgeler olduğu bilinmektedir. PMMA kemik çimentosunun bioaktivasyonu, biyoaktif dolgu maddeleri kullanılarak kemik çimentosu ara yüzeyi kuvvetlendirilmiştir. Denemelerinde kullandıkları Cerevital, hidroksiapatit ve Bioglass ile öncelikle PMMA esaslı kemik çimentosunun yapılması gerçekleştirilmiştir. Fakat buldukları sonuç şu açıdan memnun edici çıkmamıştır; partikül ağırlıklarının çok yüksek veya çok düşük olması mekanik özelliklerini kötüleştirmektedir. Weam (1999) ve çalışma arkadaşları şunu belirtmişlerdir AW-GC tozunun kuru silane davranışı ve çok yüksek molekül ağırlıklı PMMA tozunun kullanımı biyoaktif PMMA esaslı çimentoyu oluşturmuştur. Ama tutum özelliklerinin (düşük viskoziteli çimento), mekanik özelliklerinin ve biyoaktif kompozit özelliklerinin geliştirilmeye ihtiyacı olduğu belirtilmiştir. Dışsal ve içsel faktörler PMMA’ nın mekanik özelliklerini etkilemiştir. Dışsal faktörlerde hız, karıştırma süresi, karıştırma metodu, monomerin soğukta ön beklemesi ve gözeneklilik derecesi önem taşımaktadır. İçsel faktörler arasında toz monomer kompozisyonu, toz partikül büyüklüğü, şekli, toz partikülün dağılımı ve sıvı/toz oranı önem taşır. Yüksek biyoaktiviteli elastisite modülü, kırılma dayanımı, titreşim yaylanmasının yüksek değerlerde olmasını ve yüksek biyoaktiveteyle protezin sabitlenmesini istememizden dolayı PMMA esaslı biyoaktif kemik çimentosunu elde etmek istemişlerdir. Protezin sabitlenmesi için yüksek biyoaktivite, yüksek değerli mekanik özellikler ve tutum karakteristiklerinin kemik çimentosuna benzeşmesini, protezin sabitlenmesi için istemişlerdir. Mekanik özelliklerle; elastisite modülü, kırılma dayanımı ve titreşim direnci kastedilmiştir .

Hamurlaşma süresi, çimento kütlesinin ameliyatta kullanılan eldivene uzun süre yapışmaması olarak tanımlanır. Sabitlenme süresi ise, karışımın başlamasından çimentonun katılaşmasına kadar geçen süredir. Protezin sabitlenmesinde hamurlaşma süresi 2-3 dakikada, protezin tam olarak sabitlenmesi ise 5-8 dakikada gerçekleşmektedir. PMMA tozları kullanılarak Weam(1999) ve çalışma arkadaşları değişken molekül ağırlığında, partikül boyutu ve şekli değiştirilerek denemeler yapmışlardır. Farklı özellikte biyoaktif çimento elde etmek için kullanılan karışım maddeleri ve miktarları tablo 2.1.1.1. de verilmiştir. Ticari kemik çimentosu kullanımında çimento dışında Benzol peroksit(BPO) ve N,N-dimetil-p-toluidine(DMPT) eklenir.

Tablo 2.1.1.1. PMMA esaslı çimentonun ağırlıkça % karışımları

Çimento

AW-GC (%)

PMMA(MA)

MMA (%)

BPO (%)

DMPT (%)

B-CMW1

70

15 (120000)

15

B-Surg Simp

70

12 (160000)

18

B-270

70

12 (270000)

18

4.0

2.0

B-Palacos 50

50

25 (400000)

25

B-Palacos 70

70

15 (400000)

15

B-1200

70

12 (1200000)

18

4.0

2.0

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları deneylerde, PMMA esaslı kemik çimentosunun içerdiği PMMA tozunun, farklı karakteristik özelliklerine ilişkin durumun, büyüklük ve molekül ağırlığının; işleme tarzına, mekanik özelliklerine ve kemik geçirgenliğine etkileri incelenmiştir. Amaç; iyi işleme tarzı özellikleri, yüksek biyouyumluluk, yüksek mekanik karakteristiklere sahip uygun kompozisyonları saptamak olmuştur.

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarına göre, partiküler çimentoların hamurlaşma ve sabitleşme sürelerinin ölçümü onun işleme tarzı özellikleri hakkında fikir verecektir. Tablo 2.1.1.2. de farklı çimentoların kullanımında elde edilen hamurlaşma ve sabitleşme süreleri verilmiştir. B-270, B-1200, B-CMW1, B-Surg Simp’in ve bu benzer işleme tarzı özellikleri bulunan C-CMW1 çimentosunun hamurlaşma ve sabitleşme süreleri arasında küçük farklar olduğunu göstermiştir. Yetersiz ıslanma ile katılaşma gösterdiği zaman B-Palacos ve B-1200 ün yüzeyinde AW-GC tozu görülmüştür.

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarınca B-270 in eğilme kuvveti diğer biyoaktif çimentolarla karşılaştırıldığında daha yüksektir(Tablo 2.1.1.2.). Palacos-50 ile AW-GC nin ağırlıkça eşit karışımlarından yapılan karışımın eğilme kuvveti C-CMW1 den daha yüksektir. Bu karışımdaki AW-GC nin oranı %60 a çıkarıldığında eğilme kuvveti kötüleşmiştir. Aşağıdaki tablo 2.1.1.3. de B-270, B-CMW, C-CMW1 in 5 mekanik özelliği karşılaştırılmıştır. B 270 in mekanik özelliklerinin değerleri önemli miktarlarda diğer 2 tipten daha yüksektir AW-GC tozu eklenen CMW1’ in baskı kuvveti, elastikiyet modülü, kırılma, sertlik gibi mekanik özellikleri önemli miktarda artış göstermiştir fakat eğilme kuvveti çok az, çekme kuvveti önemli miktarda azalmıştır.

Tablo 2.1.1.2 Farklı çimento karışımlarının hamurlaşma sabitlenme süreleri ve eğilme kuvvetleri

Çimentolar

Hamurlaşma süresi(dk)

Sabitlenme süresi(dk)

Eğilme kuvveti (±Ss) (Mpa)

C-CMW1

92±6

B-CMW1

90±7

B-Surg Simp

98±7

B-270

3.5

116±5a

B-Palacos 50

12

95±5

B-palacos 70

11

B-1200

5.3

105±2

a Diğer çimentolara göre karşılaştırma.

Tablo 2.1.1.3. Biyoaktif Çimentoların Mekanik Özellikleri

B- 270

B –CMW1

C – CMW1

Sıkıştırma Kuvveti(MPa± Ss)

125±5

114±9

74±1

Eğilme Kuvveti (MPa± Ss)

116±5

90±7

92±6

Young Modülü (GPa± Ss)

9,8±0,4

9,6±0,6

2,7±0,1

Gerilme Kuvveti (MPa± Ss)

40±4

35±5

39±1

KırılmaDayanıklılığı(MPa±Ss)

2,16±0,8

1,91±0,15

1,44±0,09

Kemik–biyoaktif çimento etkileşimi elektron mikroskobu (SEM) gözlemlerinde 4-8 haftada teyit edilmiştir. Tablo 2.1.1.4 te farklı çimentolara ait afinite indeks değerleri gösterilmiştir. B-1200 ün 8 hafta sonunda diğer tiplerle karşılaştırılmasında biyoaktivitesinde önemli artış olduğu görülmüştür. SEM fotoğraflarında çimento yapısında PMMA boncuklarının kaldığı görülmüştür. B-CMW1 in içinde düzensiz PMMA parçaları ve boncukları beraber görülmüştür. B-Surg Simp ve B-Palacos içinde sadece boncuklar görülmüştür. B- Palacos içindeki boncuk çapları B-CMW1 ve B-Surg Simp den daha büyüktür. B-1200 ve B-270 içinde bulunan PMMA içindeki küçük boncuklar 100x SEM mikro fotoğraflarla görülebilmiştir[Weam ve ark, 1999].

Tablo 2.1.1.4. Farklı Çimento Karışımlarının Afinite İndeks Değerleri

Çimento

4 Hafta Sonra (±Ss)

8 Hafta Sonra (±Ss)

C-CMW1

3,3±0,94

2,0±1,4

B-CMW

24,7±5,7

55,5±10,8

B- Surg Simp

23,1±6,2

49,4±4,6

B-270

22,4±11,1

44,0±9,5

B-Palacos 50

15,2±5,6

32,8±12,2

B- Palocos 70

17,7±6,6

43,1±7,9

B- 1200

41,2±19,6

68,4±6,9

2.1.2. Kemik Çimentosuna Uygulanan Mekanik Testler

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarınca kemik çimentosuna uygulanan mekanik testlerin uygun rutubet şartları altında olması gerektiği belirtilmiştir.

2.1.2.1. Sıkıştırma Testi

Sıkıştırma testi, ASTM D695-91’in tanımladığı benzer yöntemleri taşımalıdır; bükülme kuvveti testi 3-nokta metodu (ASTM F417-78) kullanılarak yapılır; kırılma dayanıklılığı testinde eğilme numuneleri için(ASTM E399-83) ASTM metodu kullanılarak yapılır.

Sıkıştırma testi için silindik numuneler(6mm çapında ve 12mm uzunluğunda) hazırlanmıştır ve eğilme kuvveti testi dikdörtgen şeklinde çubuklarla (20x4x3mm) yapılmıştır.

2.1.2.2. Mukavemet Testleri

Mukavemet testleri için gittikçe incelen numuneler (orta kısmın çapraz kesiti 2x2mm, her birinin ucu 4x2mm) kullanılmıştır, eğilme numuneleri (ASTM E399-83) için kırılma dayanıklılığı testlerinde kullanılan ASTM metodu için dikdörtgen şeklinde çubuklar (20x4x3mm) ile bir keskin diş (Dilimleme makinesindeki keskin bıçaklar kullanılarak çubuğun bir kenarı üzerine 2mm derinliğinde bir boşluk açılarak çentik oluşturulur.)kullanılmıştır. Sonra, sertleşmekte olan çimento, vücut sıvıları özelliklerine benzer (SBF)(Na+,142.0; Ca+,2.5; Mg+,1.5; Cl,147.8; HCO, 4.2; HPO, 1.5; SO, 0.5mM )ortama batırılmış ve 0,5mm/min hızla hareket eden çapraz kafalı materyal test makinesi(Shimadzu, Kyoto, Japan firmasının AG-10TB model makinesi) kullanılarak 37°C’ de bir gün test edilmiştir[Weam ve ark, 1999].

2.1.3. PMMA İçine Katılacak Biyoaktif Çimento Maddesinin Taşıması Gereken Özellikler ve Etkileri

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları deneylere göre biyoaktif çimentoyu PMMA kemik çimentosunun içine yerleştirmek için,

-Benzer tutum özelliklerine sahip olmalıdırlar.

-Daha iyi mekanik özelliklere sahip olmalıdırlar.

-İlk yerin içinde yüksek kemikler arası geçirgenliğe sahip olmalıdırlar.

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları çalışmada Bioaktif kemik çimentosu canlı kemiğe direkt bağlanarak, kemik –çimento ara yüzeyinin kuvvetlenği görülmüştür. Kemik-çimento-implant yapısı göz önünde bulundurularak bu gerçekleştirilmiştir. Bioaktif cam-seramik dolgusu yapılan PMMA kemik çimentosuna eklenen monomer miktarı azaltılmıştır, bu da polimerizasyon esnasında ekzotermin azalmasına yol açmıştır, polimerizasyon çekmesinde azalmaya ve çimentonun mekanik özelliklerinde ise artışa neden olmuştur. Bioaktif partikül içeren PMMA nın ilk denemelerini Hennig yapmıştır. Denemelerinde ağırlıkça %50-70 arasında Cerevital partikülleri kullanmıştır(Ortalama çapları 50-125 µm). Bu deneyleri Palacos’un deneyleri ile benzerlik göstermiştir. Kompozit çimentoda yeni düzenlenmiş kemiksi doku ve cam seramik ara yüzeyi arasında sıkı bağlanma görülmüştür ve çimento bileşiminin mekanik özelliklerinin gelişimi istenen şekilde sonuçlanmıştır. Yüzeydeki biyoaktif partikül sayısı istenen düzeye gelmiştir. Takip eden denemelerde hidroksi apatit (HA) kullanılmıştır fakat yüksek mekanik özelliklere sahip kompozit çimento elde edilememiştir çünkü çimentonun mekanik özellikleri HA nın ağırlıkça %20 yi aşmasıyla kötüleşmiştir[Weam ve ark, 1999].

Weam(1999) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları çalışmalarla PMMA esaslı kemik çimentosunun tutum özelliklerinin C-CMW1 a benzer olduğu belirtilmiştir, bu da hamurlaşma ve sabitlenme sürelerinin benzetilmesiyle sağlanmıştır. Monomer tozlarının tamamen ıslak olmamasından dolayı Palacos-50, Palacos-70 ve B1200 tozlarının zor karıştığı görülmüştür. Küresel şekil ve çimento içindeki PMMA partiküllerinin bağıl olarak yüksek molekül ağırlığı karışımın zor olmasını açıklayabilmiştir fakat küresel parçacıklar, polimer tozu (Surgical Simplex P) ve düzensiz parçalardan(CMW1) daha kolay eritilmiştir. Yüksek molekül ağırlığına sahip parçacıklar düşük molekül ağırlıklılara göre daha az erime göstermişlerdir. Monomer miktarındaki azalış, karıştırmada ıslak toz kullanmayla mümkün olmuştur[Weam ve ark, 1999].

Weam(1999) ve çalışma arkadaşları araştırmalarında B-Palacos un mekanik özelliklerinin düşük olmasının nedenini yüksek molekül ağırlığına sahip boncukların monomerin sabitlenme süresi içinde derine penetrasyonunun gerçekleşememesine bağlamışlardır. Ayrıca iri boncuklar çimento içerisinde zayıf noktalar oluşturmuştur ve bunlarda gerilimlere yol açmıştır. Birkaç sebepten dolayı B-Palacos, B-270, B-CMW ve D-Surg Simp’ ten daha yüksek mekanik özellikler göstermiştir bunun nedenleri ise;

1. Radio Opacifier içermemesi ki bu maddenin mekanik özellikleri %10 oranında azalttığı bilinmektedir.

2. Düzensiz partiküller yoktur ki bu partiküller genellikle zayıftır ve çatlaklar içermektedir.

3. B-270 içindeki PMMA boncuklarının ortalama çapı daha küçüktür. Bu göstergeler çimento üzerindeki gelişmeleri önceden işaret etmiştir.

2.2. AKRİLİK KEMİK ÇİMENTOSUNA TOZ/SIVI (T/S) ORANINDAKİ DEĞİŞİKLİĞİN ETKİSİ

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşlarının toz/sıvı (T/S) oranını değiştirerek yaptıkları deneyler de daha küçük toz/sıvı oranı, kemik çimento formülündeki polimetilmetaakrilat (PMMA) taneciklerinin tutulmasını ve ıslatılmasını kolaylaştırmıştır. B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları araştırma da, 1,86 T/S oranı hidroksipropil metaakrilat (HPMA)’da bulunan yapışma problemlerinin üstesinden gelebilmek için ve analiz edilen kemik çimento üzerindeki etkisi için test edilmiştir. T/S oranının azalması; geriye kalan monomer hafif bir şekilde artarken, sıcaklık tepe noktalarının yükselmesine ve daha kısa donma süresine sebebiyet verdiği görülmüştür. Su alımı, difüzyon kurallarına uygun gerçekleşmiş, ve daha çok hidrofilik monomerin katılması (yerleştirilmesi), T/S oranının değişmesiyle belirgin bir şekilde değişmeyen bu parametrelerin artmasına neden olmuştur. Polimerleşme çekmesi, formülde monomerin yüksek oranlarının katılması yüzünden biraz daha büyüktür. Mekanik özellikler, geleneksel T/S oranları ile elde edilenlere benzer çıkmıştır.

Biyomalzemeler alanında polimetilmetaakrilat’ ın (PMMA) başlıca uygulamalardan biri, toplam eklem arthroplastisinde sıva (harç) maddesi olarak kullanılmasıdır. Çimento, kemik dokusu ve nakil arasında devamlı bir köprü sağlayarak, aracı gibi görev yapar. Bu durumda, nakil yerleştirmesini gerçekleştirmek için ve gerginliği daha eşit bir şekilde dağıtmak için tasarlanmıştır. Henüz nakli yapılmış çimentolanmış arthroplastinin hayatta kalma olasılıkları, 50 yaşın üzerindeki hastalarda, 15 yıldan sonra en az % 90 ortalama ile çok yüksektir . Fakat, özellikle, toplam kalça ve diz nakillerinin konkav(iç bükey) ve tibial bileşenlerinde aseptik gevşeme, en ciddi uzun dönem komplikasyonudur. [B. Pascual ve ark, 1998].

Kemik çimentosunun mekanik özelliklerini geliştirmek için çeşitli monomer birleştirmeleri ile ilgilenen bir çok yol bulunmuştur. Bunlardan biri hidrofilik akrilik monomerlerin geliştirilmişi olarak athoxytriethyleneglycol metaakrilat ın kullanılmasıdır. Aynı zamanda daha önceki çalışmalarda, bazı geleneksel çimento dezavantajlarının üstesinden gelmek için değiştirilmiş 1-hidroksipropil metaakrilat (HPMA) çimentosu bulunmuştur. Fakat, HPMA’nın yüksek yüzdelerinde, PMMA taneciklerinin sıvı evrenin polimerleşmesinden oluşturulan yapıdan ayrıldığı gözlemlenmiştir. Çimento örtüsünün mekanik bütünlüğünü sağlamak amacı ile, iki evre arasındaki yapışmayı geliştirmek için diğer değişiklikleri denenmiştir. Daha küçük toz/sıvı oranı, PMMA taneciklerinin sıvı bileşeni yardımıyla ıslatılmasını ve şişmesini kolaylaştırır ve bunu takiben hamur kıvamında karışımın tutulma özelliğini geliştirir. Bu değişikliğin asıl amacı; daha iyi fiziksel ve mekanik özellikler dolayısıyla ve evreler arasındaki arttırılmış yapışma ile, aynı zamanda canlı içinde de gerçekleştirilmesi beklenen, geliştirilmiş tutulma ve işlenebilir özellikleriyle kemik çimentoya sahip olmaktır[B. Pascual ve ark, 1998].

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşlarının yapmış olduğu çalışmada, 1,86 gibi küçük T/S oranına sahip değiştirilmiş HPMA çimentosu kullanılmıştır. Daha küçük T/S oranının etkisini tam olarak anlamak için, polimerleşmenin ekzoterm özelliklerinde çalışma yapılmıştır: maksimum sıcaklık, donma zamanı ve geriye kalan monomer. Bunun yanında, mekanik özellikler sıkıştırma ve kopma testleri yardımıyla test edilmiştir. Polimerleşme çekmesi ve gözeneklilik, yoğunluk ölçümlerinden hesaplanmıştır.

2.2.1. Toz/Sıvı (T/S) Oranı Değiştirilerek Yapılmış Olan Çalışmada Kullanılan Malzemeler

B. Pascual (1998) ve çalışma arkadaşlarının deneylerinde kullandıkları malzemeler; klasik metotları takiben, katı ve sıvı bileşenlerin bir araya getirilmesiyle elde edilmiştir. Katı bileşen, PMMA tanecikleri, Colacryl DB300 (Bonar Polymers Ltd., County Durham, England) ve başlatıcı olarak daha önceden metanolde tekrar kristalleşme ile arıtılmış benzol peroksit’i (BPO) (Merk Farma y Quimica S.A., Barcelona, Spain) içermiştir. Bazı durumlarda, katı evre olarak eş polimer HPMA/MMA kullanılmışlardır. Eş polimer, 600C’de başlatıcı olarak AIBN kullanılarak 50/50 besleme molar bileşimiyle HPMA/MMA eriyik eş polimerleşmesi yoluyla sentezlenmiştir.

Sıvı bileşen, metil metaakrilat (MMA) (Merk Farma y Quimica S.A., Barcelona, Spain) ve ek olarak, kabul edilip kullanılan N,Ndimetil-4-toluidin (DMT) (Merk Farma y Quimica S.A., Barcelona, Spain) 100 ppm hyroquinone monometil eter ile stabilize olmuş hidroksipropil metaakrilat (HPMA) (Fluka) karışımından oluşturulmuştur[B. Pascual ve ark, 1998].

2.2.2. B. Pascual ve Arkadaşlarının Çalışmalarında İzledikleri Metotlar

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşları çalışmalarında şu şekilde metot izlemişlerdir.

2.2.2.1. Örnek Hazırlanması

Burada çimento karışımı toz/sıvı oranı 1,86 kullanılarak hazırlanmıştır. MMA, hacimce %5-80 (v/v) arasında değişen aynı miktarda HPMA ile değiştirilmiştir[B. Pascual ve ark, 1998].

ASTM standartlarına (F451-86) göre başlatıcı ve hızlandırıcı olarak minimum miktar kullanılmıştır. Bu yüzden, hacimce % 1 DMT ve ağırlıkça % 1,25 BPO, daha sonra polimerleşme reaksiyonunu başlatacak olan serbest radikalleri üretmek için kullanılmıştır. Akrilik kemik çimentonun hazırlanması, ASTM standartlarında (F451-86) açıklanan klasik kemik çimento için kullanılan geleneksel metot takip edilerek yapılmıştır. Kemik çimentonun bileşenleri elle karıştırılmıştır ve hamur kıvamına ulaşıldığı zaman, kütle, benzer kalıp içine yerleştirilmiştir ve 370C’de sertleşmeye bırakılmıştır[B. Pascual ve ark, 1998].

2.2.2.2. Tarif

Kütle sıcaklığının zamanla değişmesi, silindirik Teflon kalıp içinde yüksek duyarlılığa sahip termotester’a bağlı ısılçift (termocouple) kullanılarak kaydedilmiştir. Geriye kalan monomer içerik, VARIAN VXR-300 kullanılarak H NMR spektroskopu yardımıyla belirlenmiştir. [B. Pascual ve ark, 1998].

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşlarının donmadan sonra akrilik kemik çimentosunda oluşan boyutsal değişikliği incelemelerinde, polimerleşme çekmesi, 5 cm3 hücre ile donatılan Multivolume Pycnometer ( Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, USA) yardımı ile hesaplanan yoğunluk fonksiyonu olarak analiz edilmiştir. Aynı şekilde, kurutulmuş akrilik kemik çimentonun nemli ortamda su emmesiyle meydana gelen boyutsal değişiklik incelenmiştir. Maddeler tuzlu çözelti ve sulu olmak üzere iki çevresel ortamda test edilmiştir. Akrilik reçinenin difüzyon katsayısının ölçümleri 37 ±0,50C’de korunan termostatik olarak kontrol edilen su küvetlerinde yapılmıştır.

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşları mekanik özellikleri, sıkıştırma ve kopma testleri olarak analiz etmişlerdir. Sıkıştırma özelliklerini belirleme ASTM F 451’e göre Instron elektro mekanik test makinesinde (Instron Ltd., Buckinghamshire,UK) gerçekleştirilmiştir. Kopma testi örneği, ISO 527-1 (1993) ve BSI B5278 örneği 1BA standart özelliklerine göre ayarlanmıştır. Kopma testleri, 1mm min –1 çapraz-baş hızı ile servohidrolik MTS Bionix 858 (MTS Corporation, Eden Prairie, USA) test makinesinde oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Yer değişimini hesaplamak için bir extensometer kullanmışlardır. Kopma ve sıkıştırma testinden önce örnekler fizyolojik şartlarda (370’deki tuzlu çözeltide) tutulmuştur [B. Pascual ve ark, 1998].

2.2.3. Toz/Sıvı Oranının Değişiminin Etkileri

Daha önce belirtildiği gibi, HPMA ile MMA’nın değiştirilmesi aynı hacim korunarak sağlanmıştır. Toplam mol sayısındaki düşüş; iki monomerin farklı yoğunluğu ve molekül ağırlığından kaynaklanmıştır[B. Pascual ve ark, 1998].

2.2.3.1. Donma Değişkenleri

Tablo 2.2.3.1.1.’de; P/L oranı 2 ve 1,86 ile değişmiş akrilik kemik çimento için maksimum sıcaklık ve donma zamanı gösterilmektedir. Donma esnasında ulaşılan maksimum sıcaklık doğrudan sıvı evrenin polimerleşme reaksiyonunda açığa çıkan ısı ile orantılıdır. P/L oranındaki değişim çok büyük olmadığı için, tablo 2.2.3.1.1’deki değerler her iki P/L oranı ile karşılaştırıldığında sadece küçük bir farklılık göstermiştir[B. Pascual ve ark, 1998].

Tablo 2.2.3.1.2.’de görüldüğü gibi; hacimce %50’lik (v/v) HPMA’ nın çimento formülüne eklenmesi ile maksimum sıcaklık düşmekte ve zaman ayarı azalmaktadır. Bu özellik HPMA’ nın daha hızlı polimerleşme hızı ile ilgilidir. Fakat, ASTM standartlarına göre akrilik kemik çimentoya ait donma reaksiyonunda ulaşılacak maksimum sıcaklık 900C’dir, yani; değiştirilmiş kemik çimentoda elde dilmiş tüm değerler yeterlidir. Bunlara rağmen, HPMA içeriği ile ekzotermik artış, tabi ki, başlatıcı ve hızlandırıcının azaltılması ile denkleştirilebilmektedir[B. Pascual ve ark, 1998].

Tablo 2.2.3.1.1. 2 ve 1,86 oranlarında T/S kullanımı ile farklı miktarda HPMA kullanımı sonucu açığa çıkan sıcaklık değerleri

%HPMA

(v/v)

T max (°C) (Ss)

T/S =2

T max (°C)(Ss)

T/S = 1,86

56,8 (4,1)

59,6 (6,2)

20

65,4 (2,6)

67,7 (5,1)

40

75,0 (5,2)

78,2 (3,6)

50

80,4 (2,5)

82,2 (4,2)

80

70,2 (4,6)

76,3 (3,5)

Tablo 2.2.3.1.2. 2 ve 1,86 oranlarında T/S kullanımı ile farklı miktarda HPMA kullanımı ile çimentolarda oluşan donma süreleri.

%HPMA

(v/v)

tdonma(s) (Ss)

T/S =2

tdonma(s) (Ss)

T/S = 1,86

751 (48)

798 (52)

20

516 (15)

583 (28)

40

290 (13)

361 (13)

50

233 (10)

287 (20)

80

114 (11)

202 (9)

2.2.3.2. Kalıcı Polimer Miktarı

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşları değişmiş çimento içindeki kalıcı monomer miktarının yüzdesi aşağıdaki formülü kullanılarak hesaplamışlardır.

% Mr = ( 4 x Av/AT) x 100

AT= vinylic protonlar dışındaki tüm protonların alanı (1-4.5ppm)

Av= vinylic protonların alanı (5.5,6.20ppm)

4= vinylic alanındaki proton sayısı ve MMA ve HPMA’ nın diğer protonlarının sayısından kaynaklanan çevirme oranı.

Tablo 2.2.3.2.1.’de ortalama değişmiş kalıcı kemik çimento mol sayısı gösterilmiştir. Bu sonuçlardan görülebildiği gibi hepsinde mol sayısı % 15’ten az bulunmakta ve hacimce %50’lik (v/v) HPMA’ da her iki P/L oranında minimum değere ulaşmaktadır[B. Pascual ve ark, 1998].

Teorik olarak, ticari kemik çimentoların genel P/L oranlarının altındaki ve üstündeki farklılıklar monomer miktarının artmasını sağlamaktadır. Fakat tablo 2.2.3.2.1’de toplanmış sonuçların ışığında , her iki P/L oranındaki küçük bir fark kabul edilmiştir.

Tablo 2.2.3.2.1. Ortalama değişmiş kalıcı kemik çimento mol sayısı

%HPMA

(v/v)

% Mr (mol/mol)

T/S=2

% Mr (mol/mol)

T/S = 1,86

12,9 (1,5)

13,2 (1,1)

20

11,4 (2,9)

11,8 (1,5)

40

8,5 (3,2)

9,8 (1,7)

50

8,4 (1,5)

9,4 (1,4)

80

12 (1,9)

15,4 (2,4)

2.2.3.3. Polimer Çekmesi

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşları çimento çekmesini, yoğunluk artması ve bunu izleyen hacim azalması ile sonuçlanan; viskoz bir maddenin sert bir kütleye dönüşmesine sebep olan donma reaksiyonu ile ilgili olduğunu belirtmişlerdir. Bu çalışmalarında, polimerleşme çekmesi; yoğunluğa bağlı olarak analiz edilmiştir. Bunun için kullanılan araç kesin yoğunluğun hesaplanmasında yardımcı olan Multivolume Pycnometer (Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, USA)’dir. Donma reaksiyonunu izleyen polimerleşme çekmesi; deneysel ve teorik ölçümlerden yararlanarak aşağıdaki formül kullanılarak elde edilmiştir.

% Çekme= [(polimerin yoğunluğu – monomerin yoğunluğu)/pol. yoğunluğu)] x 100

Tablo 2.2.3.3.1’ de görüldüğü gibi, yoğunluk ölçümleri; HPMA ve P/L oranına bağlı olarak % 3,8 ile 4,8 arasında çekme göstermiştir. Her iki P/L oranında çekme az miktarda yüksek bulunmuştur. Çekmenin, monomerin polimerleşmesinden kaynaklandığı söylenmiştir; yani daha fazla miktarda monomer, daha büyük çekmeye sebep olmaktadır. Bu yüzden, teorik ve deneysel değerler aynıdır. Fakat, teorik ve deneysel değerler arasında belirgin farklılıklar görülebilir. Bu bir açıdan tamamlanmamış polimerleşmeyi; diğer açıdan da aşağıda incelenen, elle karıştırmadan kaynaklanan gözenekliliği yansıtmaktadır[B. Pascual ve ark, 1998].

Tablo 2.2.3.3.1. T/S oranı 2 ve 1,86 da, farklı HPMA miktarlarındaki deneysel ve teorik çekme miktarları

% HPMA (v/v)

T/S =2

%Çekmeden %Çekmeteo

T/S= 1,86

%Çekmeden %Çekmeteo

4,6

7,7

4,8

8,1

20

4,3

7,4

4,4

7,8

40

4,0

7,1

4,3

7,5

50

3,9

7,0

4,1

7,3

80

3,8

6,6

3,9

6,9

2.2.3.4. Gözeneklilik

B. Pascual(1998) ve çalışma arkadaşları gözenekliliğin etkilerini şu şekilde açıklamışlardır. Gözenek yapısının; yoğunluğu ve polimer çekmesini etkileyen diğer etken olduğunu belirtmişlerdir. Gözenekler; tozun elle karıştırılması ve havadaki sıvı bileşenler sebebiyle çimento yapısında her zaman bulunacaktır. Polimer yoğunluğu yani ortalama gözenek yüzdesi aşağıdaki formülden yararlanılarak bulunmuştur.

% Gözenek (%P) = [1- (polimer yoğunluğu/max yoğunluk)] x 100

Bu değişkenlerin tahmini; yoğunluk ölçümlerinden yararlanılarak yapılmıştır. Tablo 2.2.3.4.1.’te görüldüğü gibi, elde edilen tüm değerler %3 ile %4,5 arasındadır. Gözeneklerin oluşumu monomer uçuculuğu ve karıştırma sırasında havanın sıkışması ile artmaktadır. Sonuç olarak, formülasyondaki HPMA arttığında gözeneklerin azalması, HPMA’ nın daha yüksek reaktivitesinden kaynaklanmakta ve bu durum daha kısa hamurlaşma zamanına sebep olmaktadır. Yani; daha kısa karıştırma süresi, daha az uçucu HPMA ile birlikte daha az sıkışmış hava monomer buharlaşmasının sebep olduğu gözeneklerin daha az oluşmasını sağlamaktadır. Bu sonuç çatlamanın başladığı mekanik noktaları azaltması açısından uygun olabilir.

Tablo 2.2.3.4.1. T/S oranı 2 ve 1,86 olan farklı miktarda HPMA içeren karışımların gözenekliliği

%HPMA (v/v)

T/S = 2 (%)

T/S = 1,86 (%)

3,8

3,9

20

3,9

4,4

40

3,6

4,1

50

3,2

4,2

80

3,0

4,0

2.3. KUVVETLENDİRİLMİŞ KOMPOZİT METİLMETAAKRİLATIN’ IN ; STATİK VE YORGUNLUK ÖZELLİKLERİ

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşlarının yaptıkları bu çalışmada, kuvvetlendirilmiş kompozit polimetilmetaakrilat (SRC-PMMA) adındaki madde ile çalışılmıştır. Bu kompozit madde PMMA yapısı içine yerleştirilmiş yüksek mukavemete ve kırılganlığa sahip PMMA elyafları içermektedir. Kopma mukavemet testleri, üç noktalı esneklik testleri ve kırılma dayanıklılığı testleri ve esneklik yorgunluk testleri tek yönlü, sürekli SRC-PMMA elyafları kullanılarak yapılmıştır. SRC-PMMA maddesini yapmak için farklı mekanik özelliklere sahip 2 elyaf (40 ve 120 mm çaplarında) kullanılmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarına göre SRC-PMMA’ nın mukavemeti kopma sertliği ve kopma gerginliği hatası ticari PMMA’ ya ( p<0,05) göre belirgin olarak yüksek olduğu görülmüştür, yalnız PMMA ile karşılaştırıldığında SRC-PMMA’nın esneklik mukavemeti arttırılmamıştır. Fakat kemik-çimentosunun esneklik mukavemeti de yüksektir. 40 mm’lik SRC-PMMA’nın kırılma dayanıklılığı 3,2 Mpam1/2, 120mm’lik SRC-PMMA için 2,3 Mpam1/2 , PMMA ve kemik-çimentosu için 1,3 Mpam1/2 bulunmuştur. PMMA ve kemik-çimento maddesinde yorgunluk hasarı sırasında yalnızca düzgün kırılmalar gösterirken SRC-PMMA numunelerinde elyaf dağılımı ve elyaf-yapı yüzey hataları saptanmıştır. [Jeremy ve ark,1994].

Zayıf içsel mekanik özellikleri ve gözenek yapısı ile gerginlik yoğunluğu etkileri gibi dışsal faktörler nedeniyle uzun süreli dayanıklılığı sınırlıdır. Aslında Harris ve çalışma arkadaşlarına göre asemptomatik olan, yeniden yapılan nakillerde bile çimento çatlağı, çimento-protez yüzeyinde başlayabilmektedir. Bu kronik kayıp ve çimento parçalanmasının başlıca sebebi yorgunluktur. Çimento maddesi çatlaması; çimentoyu tutan protez oryantasyonu , çimento -protez ve çimento -kemik yüzeyindeki düşük mukavemet ve elle karıştırmadan kaynaklanan dolgu maddesi -tutucuda gözenek oluşması gibi bir çok değişkene bağlıdır[Jeremy ve ark, 1994].

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşlarınca PMMA’ nın, vücut sıcaklığında; düşük mukavemetli kırılgan, amorf bir termoplastik polimer olduğu belirtilmiştir. Canlı ortamda yapılan çalışmalarda, PMMA’ nın , yorgunluk mukavemeti 8 ile 20 Mpa ( 106 devirde) arasındadır. Kemik-çimento maddesinin mekanik özelliklerini geliştirmeye yönelik çalışmalarda Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşları polimerleşmekte olan çimentodan gözeneklerin uzaklaştırılması üzerinde yoğunlaşmışlardır. Vakumlu karıştırmanın, elle karıştırmaya göre çimento gözeneklerini uzaklaştırmada daha etkili olduğu gösterilmiştir. Elle karıştırmada belirgin ilerlemeler santrifüj teknikleri ile sağlanmıştır. Gözeneklerin uzaklaştırılmasına rağmen, hala maddenin içsel sınırlamaları bulunmaktadır.

Jeremy ve çalışma arkadaşları da dahil olmak üzere bir çok araştırmacı, mekanik özelliklerini geliştirme düşüncesi ile karbon, çelik, kevlar , polietilen ve tiyanyum içeren ikinci bir fazı birleştirme girişiminde bulunmuştur. Bu teknikler kuvvetlendirilmemiş PMMA’ nın yorgunluk dayanıklılığının ve kırılma dayanıklılığının gelişmesiyle sonuçlanmış ve yeni bir elyafla güçlendirmenin avantajlar sağlayabileceğini göstermiştir. Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşları yaptıkları çalışmalarla, moleküler oryantasyon içeren yapılarda mukavemette, toklukta ve yorgunluk mukavemetinde belirgin gelişmeler sağlamışlardır. Bu çalışmanın amacı yüksek mukavemete sahip PMMA elyafların kimyasal olarak aynı yapıda olan PMMA’ ya yerleştirilmesiyle elde edilen yeni kuvvetlendirilmiş kompozit PMMA denen maddeyi geliştirmek ve üretmektir. Ayrıca, bu çalışmada maddenin mukavemeti (kopma ve esneklik ), kırılma dayanıklılığı ve yorgunluk özelliklerinin değerlendirilmesi ve ticari PMMA ve kemik dolgu maddesinin karşılaştırılmasının yapılması amaçlanmıştır. Son olarak; SRC-PMMA’ daki hata mekanizması elektron mikroskobu taraması (SEM) ve optik mikroskop kullanılarak değerlendirilmiştir [Jeremy ve ark,1994].

2.3.1. Jeremy ve Arkadaşlarının Araştırmalarında Kullandıkları Malzemeler ve Metotlar

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşları, SRC-PMMA karışımını, elyafı ve yapısı kimyasal olarak aynı yapıda olan polimerden elde edilen kompozit bir madde olarak tanımlamışlardır. Bu elyaflar, mukavemette ve kırılganlıkta eriyik PMMA’ ya göre büyük gelişme göstermiştir. PMMA elyaflarında termomekanik çekme işlemi ile yüksek moleküler oryantasyon sağlanabilmektedir.

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşları deneylerinde molekül ağırlığı ortalama 100000 olan ticari PMMA çubuklarını başlangıç ham malzemesi olarak kullanmışlardır. PMMA elyafları 120mm ve 40mm olmak üzere 2 farklı çapta alınmıştır. Bu elyafların seçilme sebebi, ortalama mukavemete-yüksek kırılganlığa sahip olanlardan yüksek mukavemete-düşük kırılganlığa sahip olanlara kadar değişik elyaf özellikleri içerebilmesidir. 40mm çaplı elyafların kopma mukavemeti 170MPa ve gerginlik hatası %5 iken, 120mm çaplı elyafların kopma mukavemeti 100Mpa ve gerginlik hatası %15’tir. Referans olarak, ticari eriyik formundaki PMMA’ nın kopma mukavemeti ortalama 60Mpa ve gerginlik hatası yaklaşık %5’tir [Jeremy ve ark,1994].

2.3.2. Uygulanan Mekanik Testler

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşlarının yaptıkları deneyler sonucunda SRC-PMMA maddesi PMMA ile karşılaştırıldığında ; SRC-PMMA’ nın daha yüksek kopma özelliği, esneklik, kırılma dayanıklılığı ve yorgunluk dayanıklılığı göstermiş olduğu görülmüştür.

2.3.2.1. Kopma Mukavemeti Testleri

Kopma mukavemeti testleri bir mekanik vida çevrimi test sisteminde gerçekleştirilmektedir (instron-model 1114, canton-MA USA). Kayışlar, numunelerin uçlarına tutturularak numunelerin kaymasını engeller. Her grup için 5 numune test edilmiştir (120mm SRC-PMMA, 40 mm SRC-PMMA, PMMA levhası). Hata anındaki gerginlik ve elastikiyet seriliği hesaplanır.

2.3.2.2. Esneklik Mukavemeti Testleri

Her bir grup için maksimum mukavemete, gerginlik hatasına ve esneklik sertliğine ulaşmak için 3 noktalı esneklik testleri; elektrohidrolik mekanik test sisteminde gerçekleştirilmektedir (instron-model 1350) (40mm SRC-PMMA, 120mm SRC-PMMA, PMMA ve kemik dolgu maddesi). Testler ASTM standartlarına göre yapılmıştır. Yükleme aralığı 20mm ve yükleme hızı 7,6 mm/dakikadır. Bütün numuneler oda sıcaklığında test edilmişlerdir. Her grup için min 5 numune test edilir. Hata anında dış elyaf gerginliği ve esneklik sertliği aşağıdaki eşitliğe göre hesaplanır.

s= 3xPxI/ (2xbxh2 )

P= yük, I= alt destekteki uzunluk, b= numune genişliği, h= numune kalınlığı.

Dış elyaf gerginliği aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır.

e=6 d h/ I2

e= dış elyaf gerginliği, d= ara uzunluk sapması.

Esneklik sertliği aşağıdaki formül kullanılarak elde edilir.

E= d/e = PxI3 /(4xbxh)3 d

2.3.2.3. Kırılma Dayanıklılığı Testi

Kırılma dayanıklılığı testleri tek köşeli çentik (SEN) test numune düzeyi kullanılarak yapılmaktadır. Kırılma dayanıklılığı test numunelerinin boyutları esneklik mukavemeti test numune boyutlarına benzemektedir. Fakat bir en boyunca yarıya kadar çatlak oluşturularak modifiye edilmiştir. Çentiklerin büyük bir kısmı düşük hızlı-su yağlamalı-elmas çark ile yapılmıştır. Son çentik ustura kullanılarak yapılır. Test metodunun uygulanması, testin değerlendirilmesi ASTM E 399 ‘a uygun olarak gerçekleştirilir. Numune kalınlığı, kemik çimentosu yüzey gerginliği durumunu sağlayacak kalınlıktadır.

3 noktalı esneklik yorgunluğu testleri elektrohidrolik mekanik test sistemi ile yapılmaktadır (instron model 1350). Yorgunluk devri oda sıcaklığında hava ortamında 5 Hz’ deki yük kontrolü altında gerginlik oranı R ( smin/smax) =0,1 ile gerçekleştirilmiştir. Maksimum gerginlik 17 ile 143 Mpa arasında değişmiştir. Testler hataya ya da 106’lık devire kadar devam ettirilir( yaklaşık 2,3 d). Gerilim-hata devri eğrileri ( S-N eğrileri) her numune grubu için elde edilir [Jeremy ve ark,1994].

Bu ölçümler tam bir hatanın olmasından önce ne tür hasar işleminin olduğunu belirlemek için, numunelerin deformasyon davranışlarımın izlenmesini sağlamaktadır.

Görüntülenen değişkenler;

Esneklik sertliği (sertliğin hesaplanmasında kullanılır)

Maksimum yükteki yer değişimi

Devir başına hasar enerjisi’dir.

Yorgunluk hasarı depolamasının hesaplanmasının diğer bir yolu test sırasında oluşan histeri enerjisinin görüntülenmesidir. Bu enerji; madde içinde oluşan ısı ve maddedeki viskoelastik deformasyon ile ilgili harcanan enerjidir.

Devir başına histeri enerjisi aşağıdaki formülden hesaplanmaktadır.

D(N) = ƒ P(t) dd(t)

D (N) = yorgunluk testinde belirli devirlerdeki devir başına düşen histeri hasarı

P ( t) = zamana bağlı yük

d (t) = yer değişimi

N= teste o zamana kadarki devir sayısı.

İntegraldeki işaret bir tam devri simgelemektedir. Bu eşitliğin parametrik şekli

D(N) = ?0t P(t) dd(t) dt / dt

t=bir tam devir için geçen süre

Sayısal değerinin hesaplanması, her veri toplanışı için histeri hasar enerjisinin bulunmasında gereklidir. Bunu yapmak için prosedür, yük, yer değişimi ve yüksek frekanstaki (60Hz) Fourier transformu kullanarak fourier filtre çıktısını almaktır. Sonra yer değişimini zamana göre türevi, yaklaşık doğrusal fonksiyon kullanılarak sayısal olarak hesaplanır ve trapezoidel integral kuralı kullanılarak hesaplanır. Bulunan enerji hasarı test sırasında her veri toplanışında devir başına harcanan toplam enerjidir. Bu hasar enerjisi, viskoelastik kayıpları, çatlamaları ve diğer anelastic işlemleri içeren hasar mekanizması ile ilgili bilgi içermektedir. Bir yorgunluk testi sırasında yayılan toplam histeri enerjisi, Dtotal, trapezoidel kuralı kullanılarak, devir başına düşen hasar enerjisinin integrali tüm test için alınarak bulunur[Jeremy ve ark,1994].

Dtotal = ?0NtD(N) dN

Nf=hataya kadar olan devir sayısı

2.3.2.4. Statik Test Sonuçları

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşları kopma mukavemeti sonuçlarını tablo 2.3.2.4.1’de göstermişlerdir. PMMA numuneleri ile karşılaştırıldığında, SRC-PMMA numunelerinin mukavemetinin, gerginlik hatasının ( p<0,01) ve sertliğinin (p<0,01) daha yüksek olduğu görülmüştür. 40mm’lik SRC-PMMA’ nın mukavemeti, PMMA’ nın 2 katıdır ve gerginlik hatası, 40mm için 2 katı 120mm için 3 katı kadardır. SRC-PMMA kemik-dolgu maddesi ile ilgili kaynaklardaki değerlerle kıyaslandığında kompozitin gerilim dayanımının daha yüksek olduğu bulunmuştur. Ayrıca 40mm SRC-PMMA’ nın mukavemetinin (p<0,01) , gerginlik hatasının ve sertliğinin 120mm SRC-PMMA’ ya göre daha yüksek olduğu görülmüştür.

Tablo 2.3.2.4.1. Kopma mukavemeti test sonuçları

Materyal

En yüksek kuvvet

(MPa)(±Ss)

Elastik modül

(GPa) (±Ss)

Yüzde uzama

(%) (±Ss)

PMMA

41,50±6,67

2,21±0,1

2,57±0,53

Kemik çimentosu

36,54

1,31

4,60

120 µm SRC

68,50±3,53

2,54±0,16

8,55±3,04

40 µm SRC

84,49±12,50

2,78±0,29

5,64±0,76

Kırılma dayanıklılığı testi sonuçları tablo 2.3.2.4.2’te gösterilmiştir. Tekrar, görülebilir ki 40 ve 120 mm SRC-PMMA numunelerinin kırılma dayanıklılıkları istatistiksel olarak belirgin bir şekilde PMMA veya Simplex-p örneğinden yüksektir (p<0,001). Bunun yanında, 40mm kompozitler, 120mm kompozitlerden daha dayanıklıdır(p<0,01). PMMA veya Simplex-p numuneleri arasında fark görülmemiştir. 40mm kompozit, 1,2 MPa m1/2 civarında değere sahip olan PMMA ve kemik dolgu maddesi ile karşılaştırıldığında 3,1 Mpa m1/2 civarı bir Kt değerine sahiptir [Jeremy ve ark,1994].

Tablo 2.3.2.4.2. Kırılma dayanıklılığı test sonuçları

Materyal tipi

Kt (MPa m1/2)

PMMA

1,28±0,20

Kemik çimentosu

1,27±0,12

120 µm SRC

2,27±0,54

40 µm SRC

3,17±0,57

2.3.2.5. Yorgunluk Testi Sonuçları

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşlarının yapmış olduğu yorgunluk testi sonuçlarının istatistiksel analizi SRC-PMMA numunelerinin ikisinin de kemik dolgu maddesi veya PMMA numunesinden istatistiksel olarak belirgin bir şekilde daha büyük dayanıklılığa sahip olduğunu göstermiştir(p<0,001). Fakat , PMMA ve kemik dolgu numuneleri arasında veya 40mm ve 120mm SRC-PMMA numuneleri arasında bir fark görülmemiştir. Yorgunluk testi sırasında, SRC-PMMA numuneleri içten kırılma göstermekte ve yüksek gerginlikte elyaf çatlaması görülmektedir. Fakat bu hasar tam hataya neden olmak için yeterli değildir ve bu hasara rağmen numuneler uygulanan yükleri taşıyabilmiştir. Yorgunluk testinden sonra SRC-PMMA numunesi önemli bir hasarın varlığını göstermiştir. Önce ilerleyen lifin uzunluğu boyunca dallanan kırılma ve çatlayan elyaf buna delildir.

Jeremy(1994) ve çalışma arkadaşlarının yaptıkları bu çalışmada, PMMA elyafındaki polimer zincirinin oryantasyonunu korumak için üretilmiş SRC-PMMA malzemesini tanıtmışlardır. Numunelerin şeffaf doğası ile elyaf, PMMA yapısına katılırken bile çoğu özelliğini korumuştur. Yüzeyde zayıf bağ oluşumu ile sonuçlanmıştır.

Çapraz polarize mercek altındaki gözlemde, fazla renkli desenlerin oluşu yüksek derece de oryante olmuş polimer zincirinin olduğunu göstermiştir. Bunun yanında kompozitlerin şeffaf görünümü, SRC-PMMA elyaf- matriks bağının kompozit boyunca tek ve sürekli olduğunu göstermiştir [Jeremy ve ark,1994].

SRC-PMMA genel özelliklerine ve davranışlarına ek olarak üç genel yapısal özelliğe sahiptir. Bunlar.

Polimer zincirinin fibre içindeki moleküler oryantasyonu.

Matriks içine dizilmiş elyafın mikro yapısal özellikleri.

Elyaf- matriks’ in yüzey alanının yapısı.

Bu özelliklerin her biri yapısal açıdan gözlenen mekanik özelliklere katkı sağlarlar. SRC-PMMA örnekleri rasgele PMMA örnekleri ile karşılaştırıldığında, kopma testlerinin yüksek dayanıklılığı, gerginlik, hata sertliğini kanıtlamıştır.

Bu düzende, elyaflar yaklaşık olarak kopma gerginlik yönünde dizilirler ve uygulanan yükün çoğunu taşıyabilirler. Bütün PMMA elyaflarının kopma gerginlik yönünde dizildiğinden emin olmak zordur, bu yüzden ulaşılacak olan elyaf yönünde bazı özelliklerin azalması söz konusudur [Jeremy ve ark,1994].

Esneklik testleri; kompozit için etkin sertliği düşündüren , birinin diğerini geçerek kaymasında rol oynayabilecek elyaf uzunluğu boyunca oryante olmuş, kayma gerilimini geliştirmiştir. SRC-PMMA’ nın yorgunluk dayanıklılığının, PMMA kemik çimentosuna göre 2-3 kat daha fazla olduğu tespit edilmiştir [Jeremy ve ark,1994].

2.4. KEMİK-ÇİMENTO ARAYÜZEYİNİN KESME ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE BUNA ÇİMENTO SERTLİĞİNİN ETKİSİ

Michael(1997) ve çalışma arkadaşının yapmış oldukları bu deneyde kemik- çimento ara yüzeyinin kesme testleri, iki çeşit kemik çimento örneği kullanılarak laboratuar ortamında gerçekleştirilmiştir. Kullanılan kemik çimento çeşitleri: standart polimetilmetaakrilat (PMMA) ve metametilakrilat matrisindeki polibutilmetaakrilat tanecikleri ile indirgenmiş sertlikteki formül (PBMMA)’ dür. Kesme özelikleri testleri, aynı zamanda, her bir çimentonun kendisinde ve süngerimsi kemik üzerinde hesaplanmıştır. Testler, örneğin sıfır zamanlı kesitindeki, saf kesme kuvvetini (mukavemetini) üreten Iosipescu kesme testi metodu kullanılarak yapılmıştır. Bu metot ile, kesme özellikleri örnek boyunca açıkça belirtilmiş yerlerde saptanabilmektedir. Testler, bölgenin tüm ara yüzeyinin bir tarafından diğer tarafına, özellikle çimento kemik kenetlenme bölgesinin ortasında ve bu bölgenin kemik ve çimento uçlarında gerçekleştirilmiştir. PBMMA’ nın kesme sertliği, PMMA’ nınkinden %3 daha azdır. Süngerimsi kemiğin sertliği ve mukavemeti ; kemiğin görünür yoğunluğu ile, kompozit bölgesi ve kemik-kompozit ara yüzeyinin sertlik ve kuvvetinin (mukavemetinin) sahip olduğu gibi, doğrudan ilişkiye sahiptir. Kompozit bölgesi boyunca, bileşikteki iki malzemenin sert olanı, kesme özelliklerini belirlemiştir. İndirgenmiş sertlikteki kemik çimentosu, kemik-çimento ara yüzeyindeki kesme gerginliğini bir hayli düşürmüştür[Michael ve ark, 1997].

Trabeküler yönelme, mineral içerik ve Trabeküler deseni içeren diğer faktörler, süngerimsi kemiğin mekanik özelliklerindeki çeşitliliğe katkıda bulunurlar. Süngerimsi kemik, eşit görünür yoğunluklar ile, Trabekülere dik olan kesme düzlemi ile test edildiğinde, Trabekülere paralel test edildiğinden daha dayanıklı olduğu ispatlanmıştır.

2.4.1. Kemik Çimentolarının Tanımlanması

Ticari kemik çimento formüllemesinde halen kullanılmakta olan polimetilmetaakrilat (PMMA) kendi kendine polimerleşen biçimsiz bir polimerdir. Polibutilmetilmetaakrilat (PBMMA); ticari olarak satılan Polibutilmetilmetaakrilat (ya da PMMA-sitiren kopolimer) taneciklerinin yerine içine (PBMMA) taneciklerini yerleştirilmiştir. Katılan diğer maddelerin bağıl oranları değişmemektedir. Ağırlığınca % 88 polimer tanecikleri; radiopacifier olarak % 10 Baryum sülfat (Ba SO4), başlatıcı olarak % 2 benzol peroksit kullanılmıştır. Her iki formülleştirmede de aynı monomer sıvısı (hacimce % 97,4 metil metaakrilat monomer, etkinleştirici olarak hacimce %2,6 N,N-dimetil-para-toluidine, yavaşlatıcı olarak 75+15 ppm hydroquinone) kullanılmıştır. PBMMA çimentosunun polimerleşmesi bir çok açıdan PMMA’ nınkiyle aynıdır; PMMA’da olduğu gibi PBMMA’ nın vulkanizasyonunda da polibutilmetaakrilat taneciklerinin aktif bir rolü yoktur. PBMMA ve PMMA’ nın özelliklerinde iki önemli fark bulunmaktadır. Polibutilmetaakrilat’ ın cam-geçiş sıcaklığı 270C olduğu için, tanecikler vücut sıcaklığında plastik özellikler göstermekte ve bu durum çimentonun elastik sertliğini düşürmektedir, yumuşaklığını (sünekliğini) ise arttırmaktadır. PBMMA’ nın 370 C’ de elastik sertliği 0,27 GPa , maksimum kopma uzaması ise % 40’dır ve çatlamasını sağlamak için daha büyük güç gerekmektedir[Michael ve ark, 1997].

2.4.2. Ara Yüzey Mukavemetinin İncelenmesi

Kompozit alanın boyutları, kemik-çimento ara yüzeyinin direncini doğrudan etkilemektedir. Süngerimsi kemiğe PMMA penetrasyonunun arttırılması ile, kemik ve çimento arasındaki kenetlenmenin geliştiği gösterilmiştir. Bu da ara yüzey makaslama direncinin artmasına sebep olmaktadır. Ayrıca, kenetlenmenin artması ile kırılma dayanıklılığı gelişmektedir. Kemik mukavemeti ve ara yüzey makaslama mukavemeti arasında pozitif bir ilişki olduğu gösterilmiştir[Michael ve ark, 1997].

Kemik yoğunluğunun arttırılmasıyla çimento penetrasyonunu sağlamakta daha fazla güçlük oluşturmuştur. Daha düşük kemik yoğunluğuna ve daha iyi çimento penetrasyonuna sahip bir numune; daha yüksek kemik yoğunluğuna ve daha az çimento penetrasyonuna sahip numuneye göre daha düşük ara yüzey kayma direncine sahiptir. Fakat belirli bir kemik yoğunluğu için, arttırılmış çimento penetrasyonu ara yüzey kayma direncini arttırmaktadır[Michael ve ark, 1997].

2.4.3. Ara Yüzey Mekaniğinin İncelenmesi

Çimentolanmış ekli arthroplasty’ de, kemik çimentonun ana fonksiyonu; eklenmiş yükü, protezden kemiğe nakletmektir. Bu işlemde kemik-çimento ara yüzeyi başlıca rolü oynamaktadır . Normal ve kesme yükü, süngerimsi kemik ve kemik çimento arasında kenetlenme sağlayarak ve bu kenetlenmenin korunmasını sağlayarak kemiğe aktarılmaktadır. Bölgesel olarak, ara yüzey malzemesinin mukavemeti ve bunların arasındaki bağ; yük geçişi sırasında oluşan gerginliğe dayanabilmelidir. Bölgesel gerginliğin şekli, ara yüzey malzemesine bağlı olduğu kadar yükün büyüklüğüne, yönüne ve bölgenin geometrisine de bağlıdır[Michael ve ark, 1997].

Kemik-çimento ara yüzeyinin düzensiz geometrisi, süngerimsi kemiğin pürüzlü yüzeyinin ve protez nakli süresince tutulmuş malzemelerin (boşluklar, sıvılar ve katı döküntüler) sonucudur. Bu durum, yüksek temas gerginliği bölgesiyle sonuçlanan ara yüzeyde kesintiler yaratmasında olduğu gibi; gerginliğin artmasına yol açma ve temas yüzeyini düşürme etkisine sahiptir[Michael ve ark, 1997].

Erdogan ve Gupta; belirli bir yük ve geometri için, iki temas maddesinin Poisson’s oranlarının aynı olduğunu varsayarak, esas ve kesme gerginliğinin aşağıdaki orantıyı izlediğini göstermiştir.

smax, tmax a ( 1/ E1 + 1/E2) –2/3

Görüldüğü üzere, iki maddeden birinin elastik sertliğinin azalması iki madde arasındaki temas gerginliğinde azalmaya sebep olmaktadır. Fiziksel olarak, temas deformasyonu ile, elastik sertlik azaldıkça, verilen yük için temas alanı artacaktır. Bu durum, temas gerginliğini azaltarak, daha büyük alana yükü dağıtmaktadır[Michael ve ark, 1997].

Yumuşak bir zarın araya sokulması, bir kesme yayı (shear spring) olarak etki ederek kontak streslerinin azaltılması ve dağıtılmasına hizmet eder. Yüksek lokal streslerden kaçınmanın bir başka yolu da yumuşak çimento kullanımıdır. Kemiğin doruk stresi çimentonun modülü ile değişecektir. Lokal stres azalmasının miktarı zar kalınlığı arttırılarak arttırılır. Bununla birlikte, kemik-çimento bağının mekanik çözülmesini önlemek için zar kalınlığının en alt düzeyde tutulması gerekir[Michael ve ark, 1997].

2.4.4. Iosipescu Kesme Testi

Iosipescu kesme testi metallerin kesme niteliklerini test etmek için önerilmiş basit bir yöntemdir. Saf kesme gücünün örneğin sıfır moment kesitinde üretilebildiği spesifik bir örnek biçimi ve yükleme modeli geliştirilmiştir. Kesme stresi basitçe test kesitinin, kesit alanı ile bölünen kesme gücüdür ( bu ise uygulanan güce denktir) [Michael ve ark, 1997].

2.4.5. Michael ve Arkadaşlarının Çalışmalarındaki Materyaller ve Metot

Michael(1997) ve çalışma arkadaşının yapmış olduğu bu çalışmada kesme testleri gözenekli kemik ve hem PMMA ve hem de PBMMA çimentolar üzerinde ve aynı zamanda her iki tip çimento ve sınır gözenekli kemiği kullanarak arayüz örnekleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Şekil 2.4.5.1 , test edilen üç farklı arayüz örneğini betimlemiştir. Michael(1997) ve çalışma arkadaşının yapmış olduğu deneyde çimentolar elle karıştırılmıştır ve politetrafloretilen (PTFE) kalıba boşaltılmıştır. Gözenekli kemik örnekleri yavaşça kalıba bastırılmıştır. Çimentonun içe işlemesi, bu amaçla tasarlanan bir PTFE fikstürü kullanılarak sabit tutulmuştur (6 mm). Burada amaç kuvvet ve modül sonuçları üzerinde etkili olabilecek herhangi bir etkiyi ortadan kaldırmaktır.

Kemik-Kompozit Arayüzeyi

Kompozit

Çimento-Kompozit Arayüzeyi

Şekil 2.4.5.1 Üç farklı arayüz örneğinin gösterimi.

2.4.6. Michael ve Arkadaşlarının Çalışma Bulguları

Michael(1997) ve çalışma arkadaşının yaptığı deneyin kesme testi sonuçları Tablo 2.4.6.1.’de özetlenmiştir. PBMMA test tamamlanmasında ortalama 3.21 ±3.21 MPa’lik ortalama kesme stresi taşımaktadır ve 2.35 MPa’nın % 0.2’lik sapma yük stresine sahiptir. PBMMA ve kompozit arasındaki arayüzde test edilen örnekler de ölçüm sınırlarının ötesinde gerilmişlerdir. Kompozit ve PBMMA arayüzü testin tamamlanmasında 6.35± 1.98 MPa ortalama kesme stresi taşımıştır ve 3.04MPa’ün %0.2 sapma yük stresine sahiptir. Kesme modülleri stres -uzama eğrisinin başlangıçtaki doğrusal eğiminden belirlenmiştir. PBMMA örneklerinin kesme modülü PMMA örneklerinden daha az çıkmıştır.

Tablo 2.4.6.1 Kesme testi sonuçları

?u (MPa±Ss)

G (MPa±Ss)

?g (g/cm3±Ss)

PMMA

21,78±6,19

1560±81,9

PBMMA

41,5±3,42

Kemik

7,61±2,94

513±131

0,577±0,121

?u : Kayma kuvveti G : Kesme modülü ?g : Görünür kemik yoğunluğu

Daha önce belirtildiği gibi görünür yoğunluk farklarının gözenekli kemiğin ve kemik çimento arayüzünün kesme direncini etkilediği gösterilmiştir. Burada, bütün düzlemlerde kesme direnci ve kesme modülünün gözenekli kemiğin görülür yoğunluğu ile birlikte arttığı bulunmuştur, yalnızca çimento- kompozit arayüzde bu durum görülmemiştir[Michael ve ark, 1997].

Sonuçlardaki farklar homojenliklere ( boşluklar, arızalar) ve örnek hazırlama ve test etme tekniklerindeki farklara bağlanmıştır. Viskoelastik materyal nitelikleri arasında geçerli karşılaştırma yapmak için bunların bildirilmiş olması gerekir.

PBMMA’ nın kesme modülü 41.50 ± 3.42 olarak bulunmuştur. Bu PMMA’ nın kesme modülünden oldukça düşüktür. PBMMA’ nın daha düşük elastik modülü ile birleştiğinde bu yerel kontak streslerinin çoğunu hafifletmiştir. PMMA’ lı kompozit bölgeler çok daha büyük kesme direnci ve kesme modüllerine sahiptir ve PMMA çimentosunun niteliklerine eğilim gösterirler[Michael ve ark, 1997].

Kemik- kompozit ara yüzeyinde kesme nitelikleri gözenekli kemik tarafından belirlenmiştir. Çimento-kompozit arayüzde, hem PMMA hem de PBMMA için, kesme nitelikler çimento tarafından belirlenmiştir. Kompozit bölge boyunca kesme direnci ve kesme modülü daha güçlü ve daha katı materyaller tarafından belirlenmiştir. Bununla birlikte bu araştırmada kullanılan gözenekli kemik bütünüyle kurudur ve bu da kemiğin direncini düşürmüştür. Islak tutulan gözenekli kemik doğal durumunu daha iyi temsil edecektir [Michael ve ark, 1997].

PBMMA kemik çimento formülasyonunun esnek yapısı, kemik çimento arayüzde kontak streslerinin azaltılmasının ötesinde bir avantaj sunmuştur. PMMA, gevrek , kırılgan olduğu için mikro kırılmalara maruz kalır ve bu da arayüzde çimento kalıntılarının görülmesine yol açmıştır. Burada sergilenen PBMMA nın esnekliği ve PMMA’ ya göre daha yüksek sertliği onun kırılmaya karşı direnmesine ve böylece de akrilik kalıntının oluşmamasına olanak vermiştir[Michael ve ark, 1997].

losipescu kesme testinin kullanılması ile PBMMA’ nın kesme modülünün PBMMA’ nın yalnızca %3’ ü olduğu bulunmuştur. Bu daha düşük kesme modülü kemik çimento arayüz üzerinde daha düşük yerel kontak streslerine neden olur. Her iki çimento tipi için de gözenekli kemik kompozit arayüzdeki direnç ve modülü belirlenmiştir ve çimento-kompozit arayüzde direnç ve modülü, çimento belirlemiştir. Kompozit bölgede daha katı materyal kesme niteliklerinin belirlenmesinde daha büyük bir rol oynamıştır[Michael ve ark, 1997].

2.5. EKSENEL YÜK ALTINDAKİ KEMİK– DOLGU MADDESİ – NAKİL İŞLEMİNİN YAPISAL DAVRANIŞI : GÖVDE – DOLGU MADDESİ BAĞLANMASI VE GEOMETRİK FAKTÖRLERİN ETKİLERİ

Yoon(2001) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları deneylerde düzgün (pürüzsüz) yüzeye sahip The Exeter’ in pürüzlü yüzeye sahip olanlara göre daha iyi sonuçlar verdiği bulunmuştur. Fakat ortaya çıkan bu sonucu açıklamak için yapılan sınırlı element analizi çelişkili tahminlerin yapılmasına sebep olmuştur.

Burada Yoon(2001) ve çalışma arkadaşlarının hipotezine göre, bağsız düzgün- pin-medikal prosesinde, pin-çimento ara yüzeyinde daha az kayma gerilimi oluşmakta ve bağ oluşturmuş durum ile karşılaştırıldığında çimento yüzeyinde daha büyük sıkıştırma gerilimi olduğunda daha iyi sabitlenmektedir. Bu durumda bağsız yapının hatanın daha büyük yüklerde olmasını sağlamaktadır.

2.5.1. Yoon ve Arkadaşlarının Çalışmalarındaki Malzeme ve Metotlar

Yoon(2001) ve çalışma arkadaşlarının deneyi kemiği temsil eden alüminyum levha ve pini temsil eden paslanmaz çelik çubuk ile axi-simetrik pin-çimento-kemik modeli kurulmuştur(Şekil 2.5.1.1). Belirtilen çimento-kemik ara yüzeyinin kayma kuvveti ile uyuşması için çimento- alüminyum ara yüzeyi tasarlanmıştır. Silindirik geometrik şeklin diaphyseal kemiği temsil ettiğini, 7.5° inceltilmiş olan geometrik şeklin ise metaphyseal kemiği temsil ettiği düşünülmüştür. Pin modelleri iki ara yüzeyle 5°, 7.5° ve 10° lik açılara sahiptir. Bağlanma durumu yüksek derecede pürüzlü bir pin yüzeyi oluştururken, bağlanmama durumu düzgün bir pin yüzeyi oluşturmuştur. Bağlanma noktasına yakın uçta pin ile alüminyum koni ve silindir arasındaki boşluğun kalınlığı 3 mm dir. Aradaki boşluk ticari olarak satın alınan PMMA çimentosu ile doldurulup testten önce havada bekletilmiştir[Yoon ve ark, 2001].

Şekil 2.5.1.1. Metal çubuk-çimento-alüminyum modeli

Numunenin statik kuvvetleri, instron makinesine (instron 8874, Canton MA) eksenel olarak yerleştirilip 0,02mm/sn’ lik hızla doruk sıkıştırma yüklemesi ölçülerek hesaplanmıştır. Ön çalışma olarak çimentonun kayma ve normal gerilimleri; ek numuneler için oksal düzlemdeki çimento yüzeyine yerleştirilmiş strain gages kullanılarak ölçülmüştür. Bir çok numunenin yorgunluk gerilimi de ölçülmüştür[Yoon ve ark, 2001].

2.5.2. Yoon ve Arkadaşlarının Araştırma Sonuçları

Statik eksenel yükleme testlerinde bağsız pin yapısı şekillere bakmaksızın bağlı pin yapıya göre iki kat daha güçlüdür(Tablo 2.5.2.1). Bağsız pin yapısının mukavemeti gittikçe azalan açıya da bağlıdır: metaphyseal model kullanıldığında 7,5° ve 10°’lik gittikçe azalan pinlerin mukavemeti 5°’ lik olandan daha mukavim iken (p=0,1) diapseal modelde 7,5°’lik gittikçe incelen pin diğerlerinden biraz daha güçlüdür(p=0,05). Bütün çalışmalarda test süresince pinin çimento ile bağı bozulmadan kalmıştır[Yoon ve ark, 2001].

Tablo 2.5.2.1 Kemik- çimento- alüminyum modelinin statik test sonuçları.

Bağlı

Bağsız

10° azalan açı

Bağsız

7,5° azalan açı

Bağsız

5° azalan açı

Metaphyseal

Durum (MPa)

16,8±2,4

33,5±2,8

35,4±4,3

31,4±1,2

Diaphyseal

Durum (MPa)

12,2±2,0

22,1±2,5

26,4±4,0

23,3±1,4

Yoon(2001) ve çalışma arkadaşlarının yaptıkları bu çalışma ile, bağsız pinin bağlı pine göre daha yüksek yüklere dayanabildiğini belirtmişlerdir. Bağsız durumdaki yüksek mukavemetin başlıca sebebinin ise, çimento-alüminyum ara yüzeyindeki yüksek normal gerilim ile daha düşük kayma gerilimi olduğu belirtilmiştir. Bu durum bağlı durum ile karşılaştırıldığında alüminyum- çimento ara yüzeyindeki kayma gerilimini artırmıştır. Bağlı yapı çimento-alüminyum ara yüzeyindeki kayma yüzünden başarısızlığa uğrarken, bağsız yapı genelde çimento sıkıştırılmasında başarısızlığa uğramıştır[Yoon ve ark, 2001].

2.6. DEVİRLİ YÜKLEME SÜRESİNCE KEMİK ÇİMENTOSUNUN ZARAR VERMEDEN DEĞERLENDİRİLMESİ

Roques ve arkadaşları kalça kemiğine ait bağ parçalarının eksilmelerinin hala cerrahi prosedürlerin gözden geçirmesinde yaklaşık %10’ luk kısmını oluşturan bir konu olduğunu belirtmişlerdir. Başarısızlığın açıklanmasında çimento yüzeyindeki hasarların ve pin çimento ara yüzeyindeki bağ bozunmasının önemli rol oynadığı düşünülmüştür. Çimentolanmış kalça parçalarındaki gevşeklik ile ilgili mekanizmayı karakterize etmek için bir çok teknik kullanılmıştır. Bu teknikler sonlu element analizi, yorulma testi, SEM(elektron mikroskobu) ile radyolojik gözlemleri içermektedir. Fakat, kemik- çimento- pin sistemindeki yorulma başarısızlıkları, gözlemler başarısızlıktan sonra ya da numunelerin kopmadan önce ayrılmaları sırasında yapıldığı için tam olarak takip edilemememiştir. Yorulma sırasındaki hasar akustik yaymalar kullanılarak görüntülenebilmiştir[Roques ve ark, 2001].

2.6.1. Roques ve Arkadaşlarının Uyguladıkları Yöntem

Roques(2001) ve çalışma arkadaşlarının yapmış oldukları çalışmanın amacı yorulma testi sırasında, kemik çimentosundaki yorulma başarısızlığını akustik yaymalar kullanarak görüntülemektir. Bu çalışmayı şu şekil de gerçekleştirmiştir: CMW1 kemik- çimentosu (De Puy) çimento tabancası kullanılarak ve vakumla karıştırılarak paslanmaz çelik kalıba dökülmüştür. 5 numune havada en az bir gün bekletilmiştir ve Ringer’ in çözeltisinde 37°C’ de test edilmiştir. Oluşan numuneler, maksimum tensile gerilimlerinin %80’lik yükü altında, 0,1’ lik yükleme oranı 2Hz’ lik frekansta test edilmiştir. Akustik yaymalar numune içindeki çatlakların oluşumu ve ilerleyişi sırasında oluşan sesleri görüntülemektedir.

2.6.2. Roques ve Arkadaşlarının Bulguları

Farklı çatlakların oluşumu ve ilerlemesi monitörde canlı olarak belirlenebilmiştir. Mikroskobik analizler çatlakların ilerlemesi ile ilgili lokalize olmuş sinyalleri saptamak amacı ile kullanılmıştır.

İki tip numunenin yorulma ömürleri(Havada Nf=90406 devir, STD=71120 devir; 37°C’ de Ringer çözeltisinde Nf=113593 devir, STD=141089 devir) arasında belirgin bir fark görülmemiştir. Fakat, akustik yaymalar tekniği iki ortamdan kaynaklanan hata mekanizmaları arasındaki farkı açıkça göstermiştir. Hataya sebep olan mekanizma havada test edilen numunelerde daha az süreklidir[Roques ve ark, 2001].

Burada açıklanan sonuçlar, havada bekletilen ve 37°C’ deki Ringer çözeltisinde bekletilen numuneler arasındaki mekanizma farkının açıklanmasını sağlamıştır. Havadaki hatanın sebebi sürtünmeden kaynaklanan süreksiz bir proses olması iken , 37°C’ deki Ringer’ deki hatanın sebebi ise plasticisation’ dan kaynaklanan sürekli bir proses olmasındandır[Roques ve ark, 2001].

2.7. AKUSTİK EMİSYON (AE) TEKNİĞİNİN KULLANILARAK KEMİK ÇİMENTO KARIŞIMININ DAĞILIM FARKLILIKLARININ VE BENZERLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

Elle karıştırma ve vakumla karıştırma metotları, arthroplasties’ in sabitlenmesi denemelerinde kullanılan iki ana metottur. Eng ve çalışma arkadaşı bu çalışmada vakumla karıştırma metodunun karışma ve taşınma prosedüründe oluşan gözenekleri azaltmakta etkili olduğunu göstermiştir ve bu yüzden kemik çimentosu mekanik performansı belirgin bir şekilde artırılabilmiştir. Açık olarak, klasik kırılma mekanizması yaklaşımı, elle karıştırma ve vakumla karıştırma metotları arasındaki mekanik davranışları belirleme kapasitesine sınırlı bir şekilde sahiptir. Bu yüzden bu çalışmanın amacı, örnek olarak kullanılan kemik çimentosunun mekanik davranışını ayırt edebilmek ve vakumla karıştırma ve elle karıştırmanın çeşitli açılardan görüş sağlamak için akustik emisyon(AE) tekniği kullanan yaklaşımını açıklamaktadır[Eng ve ark, 2000].

Eng ve çalışma arkadaşının test ettikleri hipotez şudur;

Kırılma büyüme hızının regresyon eğiminde, iki karışım metodu benzerliklere sahiptir.

İki metot, üretim işlemi ve çevre gibi maddesel olmayan özelliklerle ilintili özelliklerinde farklılıklar sergilerler.

2.7.1. Eng ve Arkadaşının Araştırmalarındaki Malzeme ve Metotlar

Eng(2000) ve çalışma arkadaşı bu çalışma da Palacos R kemik çimentosunu kullanmışlardır. Çimento boşlukları, elle karıştırma ve vakumla karıştırma metotlarının ikisinin de kullanılmasıyla yapılmış ve kopma örneği makine standartlarına uygun hale getirilmiştir. Yorgunluk testi R=0,1 gerginlik oranında servohyraudlic makinesinde (instron model 8500) 2-10 Hz arasında frekanslar kullanılarak yapılmıştır. Akustik emisyon büyüme oranı dn/dN, ve mod I gerginlik şi

Yorum Yaz

Yorum Yazabilmek İçin Lütfen Giriş Yapın.